JPH068446B2

JPH068446B2 - 鉄系スクラップの溶解精錬方法

Info

Publication number: JPH068446B2
Application number: JP769988A
Authority: JP
Inventors: 博章石田; 正治姉崎; 稔石川
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-01-18
Filing date: 1988-01-18
Publication date: 1994-02-02
Anticipated expiration: 2009-02-02
Also published as: JPH01184213A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞この発明は、上・底両吹きの複合転炉により極力少ない
炭材消費量でもって鉄系スクラップ（移行、単に“スク
ラップ”と称す）の溶解・精錬を行う方法に関するもの
である。

＜従来技術とその問題点＞近年、製鋼原料としてのスクラップが大量に出回るよう
になって価格的にも極めて有利になってきたことを背景
に、安価な炭材を溶解熱源とした転炉によるスクラップ
の溶解・精錬法が模索されるようになったが、一般的に
は、「既存の上・底両吹きの複合吹錬転炉を利用するこ
とで設備増を控えると共に、スクラップと一緒に炉内に
装入した火種に着火した後、上吹き吹錬の際に炉上方か
ら熱源としての炭材（コークス又は石炭）を投入しなが
ら溶解・精錬を行う手段」が検討の基礎となっていた。

ところが、上記手段では吹込みガス流による炭材の炉外
へ飛散ロスが大きく、そのためスクラップの溶解熱源を
安価な炭材に求める便益が十分に生かされないとの問題
が残るものであった。この問題は、炭材として石炭を使
用する場合に著しく、また上吹Ｏ_２量の増加に伴ってダ
スト発生量も増加する。

第２図は炭材中の揮発分と排ガス中のＣ含有量指数との
関係を示したものであるが、この第２図からも上記事実
を確認することができ、更に、炭材中の揮発分と炭材原
単位との関係を示す第３図からは、炭材の飛散ロスの増
加に伴い原単位も増加することが分かる。

しかも、スクラップ上に炭材を投入しながら燃焼させる
方式では、燃焼によって生成したＣＯ_２がスクラップ上
方に滞留した炭材によって還元される現象(CO₂+C→2CO)
が起きるので、この還元反応による吸熱がスクラップの
溶解を妨げると言う懸念もあった。

そこで、このような問題を軽減して使用炭材の節減を図
るべく、本発明者等は先に、転炉の炉腹にＯ_２ガス吹込
み用の横吹羽口を設置して操業時に発生するＣＯガスを
燃焼（二次燃焼）させ、これをも熱源として利用する方
法を提案した（特願昭６１−３０５３０４号）。

しかしながら、転炉の炉腹にＯ_２ガスを吹込んで二次燃
焼の増加を試みても、式で表される二次燃焼率を高々２０％程度しか増加させる
に止まり、十分な炭材節減効果の達成にはいささか不満
足なものであった。

＜問題点を解決するための手段＞このようなことから、本発明者等は、上・底両吹き複合
吹錬転炉を使用し、炭材の飛散ロスを極力抑え、十分に
満足できる少ない炭材消費量でスクラップの溶解を実施
し得る手段を提供すべく更に研究を重ねた結果、次に示
すような知見が得られたのである。即ち、 (a) 上・底両吹き複合吹錬転炉でのスクラップ溶解に
先立って、予め溶解熱源としてのコークス（スクラップ
トン当り１００〜２００kg程度）を炉底に床敷してから
スクラップを装入し、この後に上吹ランス及び底吹羽口
からＯ_２ガスを吹込んでスクラップ溶解を実施すれば、
上方のスクラップがコークス飛散の障害物となってコー
クスの飛散ロスを大幅に減少させるので（第２図に示し
た排ガスダスト中のＣ含有量指数でほぼ１を示し、コー
クスをスクラップの上に投入する従来の方法に対して半
減する）、コークス飛散による炭材原単位の上昇が効果
的に抑制されること、 (b) 上記対策に加えて転炉の炉腹に酸素ガス吹込み用
の横吹羽口を設け、該羽口からも炉内にＯ_２ガスを吹込
みながらスクラップ溶解を実施すると、スクラップの間
隙を通過しながら上昇する“底吹羽口からのＯ_２ガスと
床敷コークスとの反応により発生する大量の高温ＣＯガ
ス”の二次燃焼率が予想よりも向上すること、 (c) ただ、この場合の二次燃焼状況は上吹Ｏ_２ガス及
び横吹Ｏ_２ガスの総量と底吹Ｏ_２ガス量との比率に大き
く影響され、該比率が小さくても大きくても好ましいコ
ークス原単位を確保できなくなるほか、操業上のトラブ
ルにつながることも懸念されるものであるが、操業時に
おける上吹ランス，横吹羽口及び底吹羽口からの送酸流
量をそれぞれＦo_2-T，Ｆo_2-s及びＦo_2-Bとしたときに式を満足するように供給Ｏ_２量を調整すれば、高い二次燃
焼率と好適な操業条件が安定して確保され、少ないコー
クス原単位で能率の良いスクラップの溶解・精錬を遂行
できること。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、「第１
図に示す如き、炉腹に酸素ガス吹込み用の横吹羽口１を
設けた上・底両吹きの複合吹錬転炉2を使用し、まず該
転炉内にコークス(床敷コークス)３を投入してから、上
吹ランス４及び底吹羽口５からＯ_２ガスを吹き込んで着
火することで火種を造り、次いでスクラップ６を装入す
ると共、前記上吹ランス４，横吹羽口１及び底吹羽口か
らの送酸比率が式を満足するように酸素ガスを調整しつつ該上吹ランス
４，横吹羽口１及び底吹羽口５からＯ_２ガスを吹き込ん
でスクラップ溶解を行うことにより、使用炭材量少な
く、かつ高能率でスクラップの溶解を安定実施し得るよ
うにした点」に特徴を有するものである。

なお、溶解熱源として炉底に床敷するコークスの量(ス
クラップ装入の前に投入するコークスの量)は１００〜
２００kg/t(スクラップトン当り)とするのが良い。その
理由として次のことがあげられる。即ち、 (ア) コークス燃焼熱と１００％二次燃焼熱との総熱量
の８５％（残り１５％は排ガス顕熱及び炉体放熱分）が
有効にスクラップ溶解に寄与し、しかも［Ｃ］濃度が３
重量％で１５００℃の溶銑を得るのに必要な最小のコー
クス原単位が１００kg/tである。

(イ) 床敷コークス量が１００kg/tよりも少ないと床敷
コークス層の厚みが浅くなるため、第４図に示す如き底
吹ガスによる“吹抜現象”が生じてコークスを飛散させ
る恐れに加えて、底吹羽口からのＯ_２ガスがコークス燃
焼に有効に利用されないことが懸念される。しかも、こ
のために不足しがちなスクラップ溶解用熱を補うべく炉
の上方から補充コークスを添加しようとすると、前述し
たように、ＣＯ_２ガスがコークスにより還元される吸熱
反応が生じてスクラップ溶解に悪影響が生じる。

(ウ) 一方、２００kg/tを越える量に床敷コークスを増
量した場合には該コークスがスクラップ溶解以外の余分
な消費につながるのを如何ともし難く、スクラップ溶解
のみへの効率の良いコークスの利用を図るのが困難とな
る。なお、２００kg/tの床敷コークス量は、通常の操業
での二次燃料率が４０％で着熱効率が５０％の条件にて
［Ｃ］濃度：３重量％（少なくともこの値にすることは
製品窒素量の低減のために有効である）で１５００℃の
溶銑を得るのに必要なコークス原単位に等しいものであ
る。

ところで、本発明においてスクラップ装入後の上吹ラン
ス，横吹羽口及び底吹羽口からの送酸比率を前記式で示
した如くに限定した理由は、式で表される送酸比率が０．３を下回るとコークス原単位
の増加を招き、一方、前記送酸比率が１．０を上回って
もコークス原単位が増加するほか、“吹抜現象”や“棚
付現象”が生じ易くなって操業上のトラブルを引き起こ
すことが懸念されるようになるためである。

第５図は〔Ｆo_2-B〕／〔Ｆo_2-T＋Ｆo_2-S〕比率とコーク
ス原単位との関係を示したものであるが、この第５図か
らも、底吹Ｏ_２比率の低い領域では該底吹Ｏ_２比率が大
きくなるほどコークス原単位は減少することが分かる。
これは、底吹Ｏ_２比率を大きくするほど炉底で生成する
ＣＯガスが増加し、同時に二次燃焼比率が向上すること
による。

次に、該第５図からは、上記比率が１．０を超えた場合
にはコークス原単位の増加を招くことが確認できるが、
これは次の理由によるものと考えられる。即ち、底吹Ｏ
_２により生成するＣＯガス発生速度とそのＣＯガスを完
全に二次燃焼させるのに要する上吹Ｏ_２及び横吹Ｏ_２の
送酸速度はＦo_2-B＝Ｆo_2-T＋Ｆo_2-S のときにバランスする。従って、Ｆo_2-B＞Ｆo_2-T＋Ｆo_2-S の場合には、底吹Ｏ_２の一部がＣＯガスの二次燃に使わ
れずにそのまま系外に逃げる現象や、ＣＯガスの発生速
度が大きくなってＣＯガスの二次燃焼場所がスクラップ
の間隙位置よりも上方に移動し（第６図参照）、二次燃
焼反応熱が有効にスクラップに伝達されないと言う現象
が生じるためである。

ところで、前記送酸比率が１．０を超えると“棚付現
象”が生じ易くなる理由は、底吹Ｏ_２量が大きくなる
と、底吹羽口上方のスクラップが優先的に溶解するため
に側壁側のスクラップの溶解が相対的に遅くなり、最終
的に第７図に示す如くに未溶解スクラップ７が残って棚
付状態を呈することによるものと考えられる。なお、棚
付したスクラップを溶解するためには過剰なコークスを
必要とし、これが更なる操業上のトラブルにつながる恐
れもある。

上述のような条件でのスクラップ溶解が完了した後は、
例えば塩基度〔CaＯ／SiＯ_２〕が1.2以上となるように
スラグ成分を調整して脱硫を行うと共に、底吹羽口より
非酸化性ガスを吹き込むことでスラグと溶鉄を撹拌して
スラグ中のT.Fe量を３％未満とし、次いで脱硫完了後に
スラグと残留炭材を除去してから上・底吹き送酸するこ
とによって脱炭・脱窒素するとの手順を経て所望の鋼と
すれば良い。

上述の方法により、転炉を使用して炭材原単位少なく効
率の良いスクラップ溶解を実施できるが、実施例と比較
例を示して本発明をより具体的に説明する。

＜実施例＞実施例１まず、側壁に２個の横吹羽口を対向設置したほかは通常
のものと同じ上・底両吹き複合吹錬１５トン転炉を準備
し、該転炉に1.4ｔのコークス(スクラップに対して140k
g/t）を投入して床敷とし、炉保有熱と上吹ランス及び
底吹羽口からのＯ_２ガス吹き込みとによって着火させ
た。なお、吹き込みＯ_２ガス流量は、上吹ランスからは
６００Ｎm³/hr、底吹羽口からは４００Ｎm³/hrであり、
これをスクラップ装入終了時まで継続した。また、転炉
側壁に設けた２個の横吹羽口からは閉塞防止用にＮ_２ガ
スを２５Ｎm³/hr/個の流量で流した。

スクラップは１０ｔ装入し、スクラップ装入後は吹き込
みＯ_２ガス量を上吹ランスからは８００Ｎm³/hr、横吹
羽口からは４００Ｎm³/hr、また底吹羽口からは８００
Ｎm³/hrとして３０分間吹錬したところ（このときのＦo
_2-B／Ｆo_2-T＋Ｆo_2-S比率は0.67である）、全量のスク
ラップが溶解を完了した。

そして、溶落直後の溶湯成分及び溶湯温度は第１表に示
した通りであり、このときの平均二次燃焼率は７０％で
あった。

実施例２実施例1で使用したのと同じ転炉に1.4ｔのコークス(ス
クラップに対して140kg/t)を投入して床敷とし、上吹ラ
ンスからは６００Ｎm³/hr，底吹羽口からは４００Ｎm³/
hrのＯ₂ガスを吹き込んで着火させると共に、この送酸
をスクラップ装入終了時まで継続した。

スクラップは１０ｔ装入し、スクラップ装入後は吹き込
みＯ_２ガス量を上吹ランスからは６００Ｎm³/hr、横吹
羽口からは４００Ｎm³/hr、また底吹羽口からは１００
０Ｎm³/hrとして３０分間吹錬したところ(Ｆo_2-B／Ｆo
_2-T＋Ｆo_2-S比率は１）、約８割のスクラップが溶解し
たものの残り２割が未溶解であった。そのため、更に0.
5t(50kg/t)のコークスを炉上より追加して１２分間吹錬
を継続したが、これによって全量のスクラップが溶解を
完了した。

この場合の溶落直後の溶湯成分及び溶湯温度は第２表に
示した通りであった。

実施例３実施例１で使用したのと同じ転炉に1.4ｔのコークス(ス
クラップに対して140kg/t)を投入して床敷とし、上吹ラ
ンスからは６００Ｎm³/hr，底吹羽口からは４００Ｎm³/
hrのＯ_２ガスを吹き込んで着火させると共に、この送酸
をスクラップ装入終了時まで継続した。

スクラップは10ｔ装入し、スクラップ装入後は吹き込み
Ｏ_２ガス量を上吹ランスからは１１００Ｎm³/hr、横吹
羽口からは４００Ｎm³/hr、また底吹羽口からは５００
Ｎm³/hrとして３０分間吹錬したところ(Ｆo_2-B／Ｆo_2-T
＋Ｆo_2-S比率は0.33)、約８割のスクラップが溶解した
ものの残り２割が未溶解であった。そのため、更に0.5
(50kg/t)のコークスを炉上より追加して１２分間吹錬を
継続したが、これによって全量のスクラップが溶解を完
了した。

この場合の溶落直後の溶湯成分及び溶湯温度は第３表に
示した通りであった。

比較例１実施例１で使用したのと同じ転炉に1.4ｔのコークス(ス
クラップに対して140kg/t)を投入して床敷とし、上吹ラ
ンスからは６００Ｎm³/hr，底吹羽口からは４００Ｎm³/
hrのＯ_２ガスを吹き込んで着火させると共に、この送酸
をスクラップ装入終了時まで継続した。

スクラップは１０ｔ装入し、スクラップ装入後は吹き込
みＯ_２ガス量を上吹ランスからは４５０Ｎm³/hr、横吹
羽口からは４００Ｎm³/hr、底吹羽口からは１１５０Ｎm
³/hrとして３０分間吹錬したところ(Ｆo_2-B／Ｆo_2-T＋
Ｆo_2-S比率は1.35）、約４割のスクラップが溶解してい
るだけで残り６割の未溶解が存在するため、更に1.9t(1
90kg/t)のコークスを炉上より追加して４５分間吹錬を
実施したところ、やっと全量のスクラップが溶解を完了
した。

この場合の溶落直後の溶湯成分及び溶湯温度は第４表に
示した通りであった。

比較例２実施例1で使用したのと同じ転炉に1.4ｔのコークス(ス
クラップに対して140kg/t）を投入して床敷とし、上吹
ランスからは６００Ｎm³/hr，底吹羽口からは４００Ｎm
³/hrのＯ_２ガスを吹き込んで着火させると共に、この送
酸をスクラップ装入終了時まで継続した。

スクラップは10ｔ装入し、スクラップ装入後は吹き込み
Ｏ_２ガス量を上吹ランスからは１６００Ｎm³/hr、横吹
羽口からは４００Ｎm³/hr、また底吹羽口からはＯ_２ガ
スではなくＮ_２ガスを２００Ｎm³/hr流して３０分間吹
錬したところ（Ｆo_2-B／Ｆo_2-T＋Ｆo_2-S比率は０）、約
４割のスクラップが溶解を完了しているだけで残り６割
の未溶解が存在するため、更に2.2t(220kg/t)のコーク
スを炉上より追加して５２分間吹錬を実施したところ、
やっと全量のスクラップが溶解を完了した。

この場合の溶落直後の溶湯成分及び溶湯温度は第５表に
示した通りであった。

＜効果の総括＞以上に説明した如く、この発明によれば、転炉によって
使用炭材量少なくスクラップの高能率・高効率溶解を安
定に実施することができ、製鋼コストの低減や鉄鋼製造
設備の安定した利用が可能となるなど、産業上極めて有
用な効果がもたらされるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るコークス床敷法によるスクラッ
プ溶解状況を説明した概念図である。第２図は、炭材中の揮発分と排ガス中のＣ含有量指数と
の関係を示すグラフである。第３図は、炭材中の揮発分と炭材原単位との関係を示す
グラフである。第４図は、吹抜現象の説明図である。第５図は、“上吹Ｏ_２ガス及び横吹Ｏ_２ガスの総量と底
吹Ｏ_２ガス量との比率”と“コークス原単位”との関係
を示すグラフである。第６図は、二次燃焼場所の移動状況を説明した概念図で
ある。第７図は、棚付現象を説明した概念図である。図面において、１…横吹羽口，２…複合吹錬転炉，３…床敷コークス，４…上吹ランス，５…底吹羽口，６…スクラップ，７…未溶解のスクラップ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炉腹に酸素ガス吹込み用の横吹羽口を設け
た上・底両吹きの複合吹錬転炉を使用し、まず該転炉内
にコークスを投入してから上吹ランス及び底吹羽口から
Ｏ_２ガスを吹き込んで着火することで火種を造り、次い
で鉄系スクラップを装入すると共に、前記上吹ランス，
横吹羽口及び底吹羽口からの送酸比率が式を満足するように酸素ガスを調整しつつ該上吹ランス，
横吹羽口及び底吹羽口からＯ_２ガスを吹き込んでスクラ
ップ溶解を行うことを特徴とする、転炉による鉄系スク
ラップの溶解・精錬方法。